一種基于新型面中心網格結構的時域電磁計算方法及其邊界條件

近期，國際知名期刊《IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters》以“A Performance-Enhanced Absorbing Boundary Condition for FDTD Methods on Face-Centered Cubic Grids”為題發表了北京航空航天大學電磁安全團隊的最新研究成果。團隊提出了一種基于新型面中心網格結構的時域電磁計算方法及其邊界條件，實現了對時域強場電磁兼容問題以及生物電磁能量吸收問題的高精度計算。

針對傳統FDTD算法在求解瞬態強場電磁問題，如電磁脈沖傳播過程、電磁場對于生物體的輻射等，采用基于面中心網格的高精度時域電磁計算方法提升計算精度。為基于有限的計算內存，模擬電磁波的長時間的傳播過程，本論文借助輔助偏微分方程，在伸縮坐標系中開發了基于輔助偏微分方程的卷積吸收邊界條件。

對比無界區域的計算結果，本論文所提方法反射誤差低于-70dB，證明該吸收邊界可以有效吸收電磁波。利用該方法可實現強電磁脈沖在自由空間和含介質空間中傳播過程的精準預測、電磁波在理想金屬導體表面的爬行波、以及手機在使用900MHz進行通信時，人腦模型吸收的電磁能量。

通過對比傳統的時域電磁計算方法，本論文所提方法在多種實際電磁問題中獲得了較高的計算精度，方法在強電磁效應分析和生物電磁效應計算領域有廣泛應用前景和價值。